Regenerative Medizin: der Körper wie neu gemacht?

Die regenerative Medizin möchte nach Verletzungen, Unfällen oder schweren Operationen wie einer Tumorentfernung den menschlichen Körper möglichst gut wiederherstellen. Wir sind aber noch weit davon entfernt, in jeder erdenklichen Situation ein optimales Ergebnis zu erreichen. Dabei stehen zahlreiche neue Methoden schon in den Startlöchern.

Wir können heute auf zwei Arten die Heilung von Wunden unterstützen. Einerseits ist die Verwendung von körpereigenem Material möglich, zum Beispiel für die Behandlung von großen Hautwunden, von Bänderrissen oder die Wiederherstellung von Knochen. Material muss von einer anderen Stelle des Körpers entnommen und dann, passend zur Wunde modelliert, wieder implantiert werden. Für Patienten und Ärzte bedeutet das im Grunde zwei Operationen. Außerdem steht patienteneigenes Gewebe nur begrenzt zur Verfügung und jede Entnahme ist auch immer ein weiterer Schaden am Körper.

Andererseits können körperfremde synthetische oder natürliche Implantate verwendet werden, aber nur eingeschränkt. Synthetische Materialien dürfen zum Beispiel keine Immunreaktion hervorrufen, die eine Abstoßung zur Folge hat. Das betrifft beispielsweise Hydrogele für Schäden im Weichgewebe oder keramische Implantate für den Einsatz im Knochen. Beide haben die Funktion, Schäden zu füllen und eine günstige Umgebung für Zellen zu bieten, die dort ein- und nachwachsen sollen. Da der Körper die Implantate mit der Zeit durch körpereigenes Gewebe ersetzt und abbaut, dürfen die Abbauprodukte nicht gesundheitsschädlich sein.

Natürliche Materialien sind Gewebe, die aus Leichnamen oder tierischen Kadavern entnommen und vor der Implantation aufbereitet werden. Sie werden von zellulären Bestandteilen befreit und gereinigt, sodass nur die extrazelluläre Matrix übrigbleibt. Das ist ein Gerüst, das Zellen im Körper stützt und zusammenhalten soll. Wird sie implantiert, können Zellen hier einwachsen und neues Gewebe bilden. Bei ihrer Transplantation besteht allerdings das Risiko, Allergene oder Pathogene zu übertragen.

Die extrazelluläre Matrix besteht aus Kollagenen, langen stabilen Proteinketten, die einen großen Teil des Körpers ausmachen. Sie sind das wichtigste Material für die regenerative Medizin der Zukunft, denn je besser und reiner das implantierte Kollagen ist, desto besser eignet es sich auch zur Regeneration. Wird Kollagen aus einer biologischen Quelle verwendet, besteht immer die Möglichkeit, dass Entnahme und Verarbeitung es beschädigen oder seine Qualität mindern.

Die regenerative Medizin der Zukunft muss deshalb auf Materialien bauen, deren Eigenschaften die Regeneration gezielt fördern. Ein Beispiel dafür ist "rhCollagen" der israelischen Firma CollPlant. "Unsere geschützte Technologie basiert auf der Zuführung von fünf menschlichen Genen, die für die Synthese von Kollagen Typ I in Tabakpflanzen notwendig sind. Dabei handelt es sich um das einzig kommerziell realisierbare Verfahren, das derzeit zur Herstellung von großen Mengen an echtem menschlichen Kollagen Typ I verfügbar ist," wie CEO Yehiel Tal im Interview mit MEDICA.de erklärt.

rhCollagen kann in den Pflanzen strukturell identisch zum menschlichen Körper erzeugt werden. Bei der Aufbereitung bleibt es intakt und ist frei von Pathogenen und Allergenen. Neben Produkten zur Wundheilung, die bereits zur Verfügung stehen, plant CollPlant auch die Weiterentwicklung seines Kollagens für die Verwendung im 3D-Bioprinting, in Implantaten und der Zahnmedizin.

Auch wenn das Rohmaterial optimiert ist: Der Körper muss sich bei der Heilung vor allem selbst helfen, was Narben oder die Einschränkung von Funktionen verursacht, denn in den heute verwendeten Materialien findet kein Wachstum statt, das dem natürlichen Wachstum im Körper gleicht. Es wachsen vielmehr eigene Zellen von außen in die Implantate ein. Dabei entstehen nur beschränkt benötigte Strukturen wie Nervenfasern oder Blutgefäße, denn das nötige Wachstum im Körper lässt sich nicht steuern.

Eine mögliche Lösung für dieses Problem ist das 3D-Bioprinting. Hier werden Zellen in einem Trägermaterial wie einem Hydrogel so angeordnet, dass sie später ein besseres Wachstum innerhalb des Implantats unterstützen. Durch den Aufbau des Implantats, der geplant und Schicht für Schicht stattfindet, erfolgt seine Besiedlung mit neuem Gewebe schneller und gleichmäßiger. Die Voraussetzung dafür sind Zellen, die dem Patienten im Vorfeld entnommen und kultiviert werden, sowie ein Drucker, dessen Auflösung hoch genug ist, um sie möglichst genau zu platzieren.

Mit einem anderen Ansatz, der lichtgeführten Angiogenese, befasst sich Prof. Aránzazu del Campo am INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien. Sie erklärt im Interview mit MEDICA.de: "Wir wollen mit Laserlicht steuern, wo und wann Blutgefäße, und später eventuell auch Nervenzellen, in implantierten Hydrogelen wachsen." Dahinter steckt die Idee, Hydrogele mit lichtsensitiven Molekülen auszustatten. Wenn diese mit einem Laser bestrahlt werden, setzen sie angekoppelte Wachstumsfaktoren frei, die das Wachstum von Endothelzellen anregen. Daraus entstehen Blutgefäße, die dann theoretisch auf einem bestimmten Weg in und durch das Implantat wachsen. Bei Organen wie Augen oder Leber ist es beispielsweise wichtig, dass an bestimmten Stellen Blutgefäße vorhanden sind.

Bei großen Implantaten könnte diese Methode auch dafür sorgen, dass Zellen im Inneren des Implantats ausreichend mit Blut versorgt werden. So wird die Besiedlung effektiver. Del Campo ist optimistisch, was die weitere Entwicklung angeht: "Wir haben in In-vitro-Experimenten den Proof of Concept erbracht, dass wir mit Licht die Angiogenese steuern können. Auch Versuche in Tieren sind erfolgreich verlaufen."

Die Zukunft der regenerativen Medizin liegt darin, Schäden am Körper nicht nur zu schließen, dann sich selbst zu überlassen und das Beste zu hoffen. Sie muss dem Körper möglichst vorgreifen: Verfahren wie Bioprinting und lichtgeführte Angiogenese können Implantate mit einem Bauplan erzeugen, dem der Körper folgen kann.

Weitergehende Ansätze, wie die Züchtung von Organen im Labor aus Stammzellen des Patienten oder die Erzeugung tierischer Embryonen mit menschlichen Organen, sogenannter Chimären, sind noch Zukunftsmusik. Neben den ethischen Fragen ist unklar, inwiefern solche Organe wirklich mit dem Menschen kompatibel wären oder ob und wieviel tierisches Material sie noch enthalten. Außerdem dauert der Prozess, ein ganzes Organ wachsen zu lassen, sehr lange. Damit eignet er sich nicht, um die Folgen akuter Verletzungen oder Erkrankungen aufzufangen.

Bis und falls derartige Visionen verwirklicht werden können, sind wir noch auf die Verfügbarkeit von Spenderorganen und -gewebe angewiesen sowie auf synthetische Materialien mit ihren möglichen Risiken.